JP2012023788A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】作業工程の増加を抑えるとともに、信頼性の高い回転電機を提供する。
【解決手段】絶縁被覆を施した複数本の素線９ａを束ねた素線コイル９と、素線コイル角部１３を覆う第一の主絶縁層１２ａと、固定子コアの半径方向に垂直な素線コイル９の端面５１、固定子コアの半径方向に平行な素線コイル９の端面５２、及び第一の主絶縁層１２ａの外表面を覆う第二の主絶縁層１２ｂとを含む固定子コイル６を用いる。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に関する。

一般に、回転電機は、回転子及び固定子により構成されている。固定子は、固定子コイルと固定子コアとを含む構成である。

固定子コイルは、素線周囲に素線絶縁を施した数本の素線を整列させて束ねた素線コイルの表面に、主絶縁層となるマイカテープを巻回し、熱硬化性樹脂を加圧含浸・加熱硬化することにより形成される。この際、主絶縁層のマイカテープは、機械によりテーピングされており、テーピング時に張力をかけているため、固定子コイル角部にテープの張力が集中し、テープに伸びが生じる。このため、テープの厚みが他の部分に比べて薄くなる傾向があった。

特許文献１には、コイル角部の電界緩和を図る技術が開示されている。すなわち、固定子コイル主絶縁層の最終段のテーピング前に付加絶縁層としてマイカコンパウンド材を挿入する例、上記付加絶縁層を素線コイルと一体に形成し、ばち形に特殊加工した素線コイル固め金型を用い、付加絶縁層を素線コイル表層部に形成する例、及び、上記付加絶縁層を素線コイルと一体形成し、形成後、電動工具を用い、固定子コイル角部以外の付加絶縁層の一部を削り出し、固定子コイル角部の付加絶縁層を形成する例が開示されている。

特許文献２には、レーベル転位部にエポキシ樹脂と酸無水物とからなるワニスを含浸して半硬化状とした繊維状基材などを充てん材として重ねた後、熱収縮テープを巻回して表面を平滑にすると同時に角部に丸味をもたせるコイル導体の製造方法が開示されている。

特許文献３には、導体角部にマイカ粉を樹脂で練ったパテをあてがい、そのパテを導体角部の両面に滑らかな傾斜をもたせて密着させ、その上にマイカテープ巻き付けによる絶縁層を設ける絶縁線輪の製造方法が開示されている。

特開２００１−３２７１０８号公報 特開昭５５−５８７５７号公報 特開昭５７−１８３２５６号公報

上述のように、回転電機の固定子における固定子コイルの素線コイルを覆う主絶縁層のマイカテープは、機械によりテーピングされており、テーピング時に固定子コイル角部にテープの張力が集中し、テープに伸びが生じるため、テープの厚みが他の部分に比べて薄くなり、固定子コイルの弱点となる傾向があった。

特許文献１においては、マイカテープを巻回している途中でテーピングを一旦停止し、付加絶縁層を挿入するため、作業効率の低下や品質が不安定になるポテンシャルがあった。

また、電動工具による付加絶縁層の削り出しにより形成する方法では、電動工具による削り出しのバラつきにより、製品信頼性の低下が懸念される。

即ち、特許文献１においては、製品信頼性、作業工程の増加、歩留まりの低下などの問題があった。

本発明の目的は、作業工程の増加を抑えるとともに、信頼性の高い回転電機を提供することにある。

本発明の固定子コイルは、絶縁被覆を施した複数本の素線を束ねた素線コイルと、素線コイル角部を覆う第一の主絶縁層と、固定子コアの半径方向に垂直な前記素線コイルの端面、前記固定子コアの半径方向に平行な前記素線コイルの端面、及び前記第一の主絶縁層の外表面を覆う第二の主絶縁層とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、作業工程の増加を抑えるとともに、固定子コイルの角部における電界を緩和し、信頼性の高い回転電機を提供することができる。

回転電機を示す全体構成図である。 固定子コアを示す部分断面図である。 回転電機のスロットを示す断面図である。 実施例のコイルを示す断面図である。 他の実施例のコイルを示す断面図である。 実施例の素線を示す断面図である。 図３のコイルにおける第一の主絶縁層の寸法を示す断面図である。

本発明は、例えば、誘導電動機や発電機などの回転電機固定子コイルの絶縁技術に関する。

本発明の固定子コイルは、素線周囲（素線の周囲）に素線絶縁（素線の絶縁）を施した素線を数本整列させて束ね、絶縁詰め物を施した素線コイルに主絶縁層を施した固定子コイルにおいて、あらかじめ、素線コイル角部を含む長手方向にマイカテープを配した後、前記マイカテープと異なるマイカテープを巻回して絶縁層を形成することを特徴とする。即ち、前記主絶縁層は、マイカテープを素固め時に固定子コイルの長手方向に配する第一層と、固定子コイル短尺方向に巻回する第二層とを含む構成である。

主絶縁層を前記構成とすることにより、固定子コイル角部における主絶縁層の厚みを他の部位と同等の厚さとすることができ、それに伴い、固定子コイル角部における電界緩和を実現することができる。また、本発明は、従来のマイカテープの巻方向を一部変更することにより実施可能であり、特許文献１にあった製造に伴う問題は解消可能となる。

以下、図面を用いて詳しく説明する。

まず、回転電機の構造について簡単に述べる。

図１Ａは、回転電機の例を示す全体構成図である。図１Ｂは、固定子コアを示す部分断面図である。

図１Ａに示す回転電機１は、回転子２と固定子３とを含み、固定子３には円柱状の固定子コア４が設けられている。固定子コア４の外周側には、図１Ｂに示す鉄心スロット５が複数設けられている。

図２は、回転電機のスロットを示す断面図である。

本図において、鉄心スロット５には、第一コイル６ａ及び第二コイル６ｂの２本の固定子コイル６が組み込まれている。第一コイル６ａは、固定子コア４の外周側に設置され、第二コイル６ｂは、固定子コア４の中心部側に設置されている。

絶縁部材スペーサ７及び楔８（くさび）によって鉄心スロット５の内部に固定されている。固定子コイル６は、固定子コア４の外部で電気的に接続されるようになっている。

固定子コイル６は、素線絶縁１０を施した数本の素線９ａ（絶縁被覆を施した複数本の素線）を整列し、素線９ａを束ねて絶縁詰め物１１（絶縁充填物とも呼ぶ。）を施した素線コイル９（絶縁被覆を施した複数本の素線を束ねた素線コイル）により構成され、素線コイル９の周囲にガラスクロスなどを基材としたマイカテープを所定の回数巻回して主絶縁層１２を形成している。固定子コイル６は、含浸槽を用いて、例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を主絶縁層１２に加圧含浸する。その後、熱硬化性樹脂を加熱硬化する。

上述の処理工程により、主絶縁層１２の内部にボイド等の欠陥の少ない絶縁特性の高い固定子コイル６を得ることができる。このようにして形成される固定子コイル６に本発明を適用する。

なお、以下では、円柱状の固定子コア４の中心軸方向、半径方向及び周方向の座標を用いて説明する場合がある。

本実施例は、固定子３における鉄心スロット５の内部に配置された第一コイル６ａ及び第二コイル６ｂに適用可能である。ここでは、第一コイル６ａ及び第二コイル６ｂのうち、一方のコイル（固定子コイル）のみを抜き出して説明する。

図３は、実施例のコイルを示す断面図である。

本図において、固定子コイル６は、周囲に素線絶縁１０を施した素線９ａを数本整列して束ねて素線コイル９を形成したものである。素線コイル９は、その周囲に絶縁詰め物１１を施し、素線コイル角部１３（素線コイル９の角部）及び固定子コア４の半径方向に対して垂直に交わる素線コイル９の端面５１を覆う形で素線コイル９の長手方向にあらかじめ配したマイカテープを第一の主絶縁層１２ａとして備える。そして、第一の主絶縁層１２ａで覆われた素線コイル９の外側に短尺方向に数回巻回された第二の主絶縁層１２ｂを備える。すなわち、第二の主絶縁層１２ｂは、固定子コアの半径方向に垂直な素線コイル９の端面５１、固定子コアの半径方向に平行な素線コイル９の端面５２、及び第一の主絶縁層１２ａの外表面を覆っている。

第二の主絶縁層１２ｂは、端面５１の全体を覆うことが望ましい。

固定子コイル６の作製方法は、次の通りである。

数本の素線９ａに素線絶縁１０を施し、整列させて束ねて素線コイル９を形成する。素線コイル９の周囲にガラスクロスなどを基材としたマイカテープを第一の主絶縁層１２ａとして形成する。この場合に、第一の主絶縁層１２ａは、素線コイル角部１３を覆う形で素線コイル９の長手方向に付設する。

その後、第一の主絶縁層１２ａ及び素線コイル９を覆う第二の主絶縁層１２ｂを巻回する。そして、熱硬化性樹脂を加圧含浸・加熱硬化を施して第一の主絶縁層１２ａ及び第二の主絶縁層１２ｂで構成された主絶縁層１２を形成する。

その結果、固定子コイル角部１４（固定子コイル６の角部）においては、マイカテープを巻回する際のテープテンションに影響されることなく、主絶縁層１２の角部の厚さを他の部位と同等の厚さにすることができる。また、従来と同様の電界強度が与えられとしても、固定子コイル角部１４の主絶縁層１２が二重構造となるため、主絶縁層１２の厚さが厚くなる。これにより、固定子コイル角部１４における電界緩和が達成され、絶縁耐力を向上させることができる。また、固定子コイル６の絶縁層の厚さを均一化することができ、弱点箇所のない均一な絶縁耐力を有する固定子コイル６を得ることができる。

また、製造の変更点も、あらかじめマイカテープを長手方向に配するだけであるため、作業工程はほとんど増加しない。

なお、本図においては図示していないが、素線コイル９と第二の主絶縁層１２ｂとの間であって、素線コイル９が第一の主絶縁層１２ａで覆われていない部位には、熱硬化性樹脂が含浸されている。すなわち、固定子コアの半径方向に平行な素線コイル９の端面５２と第二の主絶縁層１２ｂとの間には、熱硬化性樹脂が含浸されている。

図４は、他の実施例のコイルを示す断面図である。

本図において実施例１と異なる点は、素線コイル９の端面５１を第一の主絶縁層１２ａで覆わずに素線コイル角部１３を第一の主絶縁層１２ａで覆った点である。

これは、電界が集中しやすい素線コイル角部１３において主絶縁層１２を厚くすることにより、弱点と考えられている固定子コイル角部１４における電界を緩和することができる。

これにより、実施例１に比べて製作過程における工数の増加が考えられるが、弱点である角部のみに配すことによりテープ使用量が削減できる。

なお、本図においては図示していないが、素線コイル９と第二の主絶縁層１２ｂとの間には、熱硬化性樹脂が含浸されている。すなわち、固定子コアの半径方向に垂直な素線コイル９の端面５１と第二の主絶縁層１２ｂとの間にも、熱硬化性樹脂が含浸されている。

本実施例は、実施例１又は２における主絶縁層１２において、主絶縁層１２ａ、１２ｂに巻回するテープに集成マイカテープ又は鱗片マイカテープ、集成マイカテープ若しくは鱗片マイカテープをプリプレグ状としたテープ等を任意に用いた固定子コイルである。

例えば、実施例１又は２におけるガラスクロスなどを基材としたマイカテープにおいて、第二の主絶縁層１２ｂに用いるマイカテープを集成マイカテープとすることにより、絶縁性能の向上を図ることができる。

一般に、集成マイカの絶縁性能は、他のマイカテープ（例えば、鱗片マイカテープ）に比して高いことが広く知られている。

上記の特性を利用し、第二の主絶縁層１２ｂに集成マイカテープを用いることにより、実施例１及び２で得られる固定子コイル角部１４における主絶縁層１２の厚さを厚くすることによる電界緩和効果を得ることは勿論、絶縁特性の向上によって更に信頼性の高い主絶縁層１２の形成が可能となる。

また、プリプレグ状のテープは、第一の主絶縁層１２ａを配する際、テープの固定が容易であるため、作業効率が向上する。

図５Ａは、実施例の素線を示す断面図である。図５Ｂは、実施例のコイルにおける第一の主絶縁層の寸法を示す断面図である。

本実施例は、実施例１における第一の主絶縁層１２ａにおいて、図５Ａに示すように素線断面の縦方向の長さをａ、横方向の長さをｂとした場合に、図５Ｂに示すように第一の主絶縁層１２ａを構成するテープの幅をａ＋ｂの２倍以上、すなわち２（ａ＋ｂ）以上にすることにより、電界強度の厳しくなる部分を覆うことができる。すなわち、第一の主絶縁層１２ａは、素線絶縁１０（絶縁被覆）を施した素線９ａの固定子コア４の半径方向の長さをａとし、絶縁被覆を施した素線９ａの固定子コア４の半径方向に垂直な方向の長さをｂとした場合に、固定子コア４の中心軸方向に垂直な断面における長さが２（ａ＋ｂ）以上である。

これにより、絶縁特性の向上し、更に信頼性の高い主絶縁層の形成が可能となる。

本実施例は、素線コイル９において固定子コア４の中心軸から最も離れた素線９ｂが１列の場合に特に望ましい第一の主絶縁層１２ａの寸法を示したものである。

本発明によれば、固定子コイル角部における主絶縁層の厚さを他の部分と同等の厚さにすることができ、それに伴い、固定子コイル角部における電界緩和を実現することができる。

図２〜５Ｂにおいては、素線コイル９において固定子コア４の中心軸から最も離れた素線９ｂが１列の場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、素線コイル９において固定子コア４の中心軸から最も離れた素線９ｂが２列以上の場合についても同様の作用効果を奏する。

１：回転電機、２：回転子、３：固定子、４：固定子コア、５：鉄心スロット、６：固定子コイル、６ａ：第一コイル、６ｂ：第二コイル、７：絶縁部材スペーサ、８：楔、９：素線コイル、９ａ、９ｂ：素線、１０：素線絶縁、１１：絶縁詰め物、１２：主絶縁層、１２ａ：第一の主絶縁層、１２ｂ：第二の主絶縁層、１３：素線コイル角部、１４：固定子コイル角部、５１：端面、５２：端面。

Claims (7)

1. 絶縁被覆を施した複数本の素線を束ねた素線コイルと、素線コイル角部を覆う第一の主絶縁層と、固定子コアの半径方向に垂直な前記素線コイルの端面、前記固定子コアの半径方向に平行な前記素線コイルの端面、及び前記第一の主絶縁層の外表面を覆う第二の主絶縁層とを含むことを特徴とする固定子コイル。
2. 前記第一の主絶縁層は、さらに、半径方向に垂直な素線コイルの端面を覆うことを特徴とする請求項１記載の固定子コイル。
3. 前記第一の主絶縁層は、絶縁被覆を施した前記素線の前記固定子コアの半径方向の長さをａとし、絶縁被覆を施した前記素線の前記固定子コアの半径方向に垂直な方向の長さをｂとした場合に、前記固定子コアの中心軸方向に垂直な断面における長さが２（ａ＋ｂ）以上であることを特徴とする請求項２記載の固定子コイル。
4. 前記第一の主絶縁層に集成マイカテープを用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定子コイル。
5. 前記第一の主絶縁層にプリプレグマイカテープを用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定子コイル。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の固定子コイルを備えたことを特徴とする固定子。
7. 請求項６記載の固定子を備えたことを特徴とする回転電機。

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